Прочности судна в процессе эксплуатации»

Кафедра

«Теория и устройство судна»

 

Методические указания

по выполнению курсовой работы

 

 

«Расчет посадки, остойчивости и общей

Прочности судна в процессе эксплуатации»

 

 

Дисциплина: «Основы теории и устройства судна»

Специальность: 190170 «Технология транспортных процессов»

Разработали:

доцент,к.т.н. Самохвалов А.В.

 

 

Утверждено

на заседании кафедры ТУС

20.10.20004г. Пр.№ 2

 

 

Новороссийск-2004

Исходные данные.

При выполнении эксплуатационных расчетов по составлению грузового плана

и проверки остойчивости и общей прочности используются следующие исходные данные:

- судовая документация

- чертежи общего расположения судна

- грузовая шкала

- кривые элементов теоретического чертежа

- эпюра емкости или таблица объемов

- чертежи размещения грузов на судно

- интерполяционные кривые плеч остойчивости формы (Пантокарены)

- график изменения осадок оконечности от приема 100 тонн груза или диаграмма осадок носом и кормой

- характеристики судна

- главные размерения судна: L,B,T,D

- тип и мощность силовой установки: Ne

- плановая скорость судна в полном грузу: Vs

- численность экипажа: n э

- площадь парусности судна в полном грузу: Sn

- аппликата центра парусности: Zn

- характеристики заданного рейса;

- параметры посадки судна перед загрузкой: ,

- количество принимаемого груза

и его удельный погрузочный объем µ

- расстояние между портами S

- плотность морской воды в порту отправления ρ

- скорость судна: Vs;

 

Расчет продолжительности рейса и судовых

Запасов на рейс.

Расчет продолжительности рейса.

Продолжительность рейса рассчитывается по заданному расстоянию между портами:

час,

 

сут.

 

Расчет судовых запасов на рейс

Судовые запасы рассчитываются в зависимости от суточного расхода топлива и

воды, продолжительности рейса:

 

- необходимое количество топлива с учетом штормового

запаса (принять равным 10 % в т.)

 

т

- удельный расход топлива

Для судов с двигателем внутреннего сгорания:

 

=0,17 0,2

 

Для судов с паротурбинными установками:

 

=0,17 0,2

Ne- мощность силовой установки.

Запас смазочного масла обычно составляет 0,4-0,6 % запасов топлива:

 

=[0,004-0,006]·

Запас пресной воды для нужд экипажа определяется исходя из санитарной

нормы 70-100 литров на человека в сутки:

 

=0,1· ·

Запас провизии определяется исходя из нормы 3 кг на человека в сутки:

 

=0,003· ·

 

 

Определение водоизмещения при начальной

Посадке судна.

При заданной посадке судна (Т_Н, Т_К) водоизмещение определяется с помощью грузовой шкалы или кривых элементов теоретического чертежа (КЭТЧ)

 

Грузовая шкала и грузовой размер на КЭТЧ строятся для посадки судна на ровный киль, без крена, дифферента, изгиба корпуса, а также для стандартной плотности воды. Поэтому к водоизмещению, посчитанному по грузовой шкале или грузовому размеру, необходимо вводить поправки.

 

Расчет водоизмещения производится в следующей последовательности:

1.Рассчитывается средняя осадка и дифферент :

 

= ; =

2. По грузовой шкале для стандартной плотности морской воды снимаются водоизмещение для

 

По кривым элементам теоретического чертежа снимаются элементы плавучести и начальной остойчивости для осадки

 

 

	число тонн на 1 см осадки	т/см
	абсцисса центра величины	м
	аппликата центра величины	м
	абсцисса Ц.Т. Площади ватерлинии	м
	поперечный метацентрический радиус	м
	продольный метацентрический радиус	м
	площадь ватерлинии

 

При отсутствии на чертеже величины q её можно рассчитать по формуле:

 

=

 

 

3. Находятся поправки к водоизмещению о грузовой шкале:

- поправка на плотность воды:

= ·

– соответственно измеренная и стандартная плотность воды, стандартная = 1,025 т/ ;

− поправка на дифферент:

 

=100· · ·

- число тонн на 1 см осадки

- абсцисса ц. т. площади ватерлинии.

 

− поправка на обводы корпуса в оконечностях:

 

= -50· · ·()

где:

- отстояние марок углубления от носового и кормового

перпендикуляров соответственно, определяется приближенно по боковому

виду судна.

 

- поправки на изгиб корпуса:

 

=0,74· ·f

f- стрелка прогиба корпуса, см.

 

f= 100()

4. Водоизмещение судна с учетом поправок при начальной посадке судна.

 

 

5. Определяется положение центра величины по длине судна с учетом

дифферента по формуле:

 

 

1.4. Составление грузового плана

 

При составлении грузового плана используются:

 

Для танкеров- таблицы судовых помещений;

Для сухогрузных судов- эпюра емкостей или чертеж размещения грузов на судне

 

Таблица 1.2.

Помещения	Вместимость помещения,	Аппликата центра объема, Z, м	Объем занятый грузом, V,	уд. погр. объем, µ, /т	Масса груза, т	Плечи	Моменты
,м	,м	,тм	,тм
трюм
(танк)
твиндек
итого

 

 

При заполнении таблицы 1.2. рекомендуется пользоваться чертежом размещения грузов на судне. На этом чертеже для каждого грузового помещения имеютcя шкала F- объема принятого груза и “C”- положения Ц.Т. принятого груза. С помощью этих шкал определяют уровень в трюме и аппликату его Ц.Т. .

При отсутствии чертежа размещения груза можно пользоваться эпюрой емкости или таблицей судовых помещений.

При частичном заполнении помещений аппликата Ц.Т. груза в i-м помещении приближенно определяется по формуле:

 

= · +

 

- аппликата ц.т. объема i-го помещения(из таблицы помещений);

- вместимость i-го помещения;

- объем груза, принимаемого в помещении;

- возвышение двойного дна i-го помещения над основной

плоскостью (определяется по чертежу).

 

Координаты Ц.Т. принятого груза определяются по формулам:

= ; =

 

в) определяется абсцисса ц.т. судна до погрузки с учетом дифферента:

= -() ;

 

где =

 

г) в табличной форме рассчитываются координаты ц.т. судна после погрузки в первом приближении- таблица 1.3.

 

 

Таблица 1.3.

	масса груза	плечи	моменты
Х, м	Z, м	, тм	, тм
судно перед погрузкой
судовые запасы
груз	Σ
судно после погрузки		=	=

Расчет координат ц.т. судна

 

 

д) по водоизмещению судна после погрузки и плотности воды по грузовой шкале определяется средняя осадка .

 

е) для средней осадке с кривых элементов теоретического чертежа снимаются значения характеристик плавучести и начальной остойчивости:

 

	Абсцисса Ц.В.	м
	Абсцисса Ц.Т. площади ватерлинии, м;	м
	Аппликата Ц.В.	м
	Аппликата поперечного метацентра	м
	Поперечный метацентрический радиус	м
	Продольный метацентрический радиус	м
	Момент, дифферентующий на 1 см	тм/см
	Число тонн на 1 см осадки	т/см

 

ж) рассчитывается дифферент судна после погрузки в первом приближении:

 

t₁ = =

 

Удовлетворительным можно считать дифферент в пределах 0 ÷ -0,3 м на корму.

 

з) если рассчитанный дифферент выходит за указанные пределы, то необходимо перераспределить груз и рассчитывать посадку во втором приближении. Для удифферентовки судна часть груза ΔР переносится из помещения с абсциссой Xi в помещение с абсциссой Х₂.

ΔР =

 

Затем повторяются расчеты по пунктам б), г), ж),

где - желаемое изменение дифферента.

 

 

Остойчивость судна.

Поправка к метацентрической высоте на влияние свободной поверхности определяется по формуле:

 

δh=-

 

ΣΔ - суммарная поправка к статическому моменту массы судна от влияния свободной поверхности.

 

Для отдельных цистерн Δm_h определяется по формуле:

- плотность жидкости, т/м³;

i_x - центральный момент инерции свободной поверхности, м⁴.

Момент инерции свободной поверхности относительно продольной оси наклонения рассчитывается по формуле:

 

i_x =klb³

где: 1 - длина отсека; b- ширина отсека; k - безразмерный

коэффициент, зависящий от формы свободной поверхности жидких грузов.

 

 

Значения этого коэффициента для простейших плоских фигур приведены в таблице

 

 

Форма поверхности	l   b
			β=1	β=0	β=0

 

 

Для равнобедренной трапеции:

 

Для неравнобедренной трапеции:

 

 

Для прямоугольника:

 

Для равнобедренного треугольника:

 

Для прямоугольного треугольника:

 

 

В соответствии с требованиями Правила Морского Регистра Судоходства РФ включаются только цистерны, для которых: Δ >0,11

 

Расчеты производятся в следующей последовательности:

- составляется расчетная комбинация из цистерн каждого вида жидкого груза. Для этого составляется таблица, в которую заносятся цистерны по каждому виду груза или топлива с указанием их характеристик -таблица 1.4.

 

 

Таблица 1.4.

Таблица 1.5

Динамической остойчивости.

 

Плечи статической остойчивости рассчитываются по формуле:

l=l_Ф-l_В

 

или

 

l= I_Ф -(Z_g1 –Z_C1) sin Θ =l_Ф - a sin Θ

 

при полюсе пантокарен, расположенном в центре величины (точке С);

 

l = I_ф –Z_g

 

при полюсе пантокарен расположенном в начале координат (точка О),

где: I_ф - плечо остойчивости формы;

I_В - плечо остойчивости веса.

 

Плечо остойчивости формы снимаются с интерполяционных кривых плеч остойчивости формы (пантокарен) по значению объемного водоизмещения:

где: ρ- плотность забортной воды.

 

Диаграмма динамической остойчивости рассчитывается по формуле:

 

L_d= = Σl_ИНТ

 

 

 

 

Интеграл решается приближенным методом - методом трапеций.

 

Расчеты плеч статической и динамической остойчивости удобно выполнять в табличной форме - табл. 1.6

Таблица 1.6.

Расчет критерия погоды К.

Критерий погоды К определяется по формуле:

 

K= ,

 

где М_ОПР - минимальный опрокидывающий момент определяемый

с учетом бортовой качки;

М_КР - динамически приложенный кренящий момент от действия ветра.

 

Расчеты критерия погоды производятся в следующей последовательности:

 

 

1. Определяется величина кренящего момента от действия ветра:

 

M_KP=0,001P_V S_n1 Zn1,

 

 

где P_V - удельное давление ветра выбирается из табл.2.1.2.2. части

IY Правил классификации и постройки морских судов;

S_nl - площадь парусности судна при выходе в рейс

 

S_n1 =S_n-δT₁; δТ₁ =Т₁-Т_Лгр

 

Т_Лгр - осадка по летнюю грузовую марку;

Z_n1 - плечо парусности (возвышение Ц.П. над действующей ватерлинией при Т|.)

 

Z_n1=

 

2.Рассчитывается расчетная амплитуда бортовой качки - по методике Регистра

(часть IV Правил, стр. 318)

 

- амплитуда качки для судна без бортовых килей:

Θ_r1=Х₁ Х₂ Y

 

где X₁,X₂- безразмерные множители, принимаемые в соответствии

с табл.2.1, 3.1. - 2 и 2.1. 3.1. -3 части IV Правил;

Y - множитель, (градусы) принимается в соответствии с табл. 2.1.3.1. -1

 

Если судно имеет бортовые кили (как правило, все транспортные суда имеют бортовые кили), то расчетная амплитуда качки вычисляется по формуле:

где значение коэффициента к принимается в соответствии с табл.2.1.3.2. в зависимости от отношения ;

 

S_k - суммарная площадь бортовых килей

Для транспортных судов обычно S_k = (0,02 ÷ 0,03)LВ, т.е. в отношении:

 

=2÷3 %

 

Рассчитанное значение амплитуды бортовой качки округляется до целых градусов.

 

3. Определяется минимальный опрокидывающий момент – М_ОПР

 

 

Рекомендуется определять М_опр по диаграмме динамической

остойчивости по схеме, изложенной в Приложении 2 части IV Правил.

Поскольку на диаграмме по оси ординат отложены величины плеч, то

определяется плечо опрокидывающего момента I_ОПР а затем находится:

 

М_ОПР= Δ₁l_ОПР

 

 

 

Рассчитывается значение критерия погоды:

 

 

Таблица 1.7

Таблица израсходованных запасов

N п/п	Запасы и их расположение	Масса израсходованных запасов, т	Плечи	Моменты
X, м	Z, м	Мx, тм	Мz, тм
	Топливо Масло Пресная вода
Всего израсходовано	ΣPЗАП	X3	Z3	Σмх	ΣМz

 

 

- рассчитывается водоизмещение судна к концу рейса:

Δ₂= Δ₁ - ΣP_ЗАП;

- определяется изменение средней осадки:

 

δТ₂ =-

- определяется Т₂ к концу рейса:

 

Т₂=Т₁+δТ₂;

 

- рассчитывается поперечная метацентрическая высота:

 

;

 

- рассчитывается продольная метацентрическая высота:

 

Н₂=Н₁+

-рассчитывается угол дифферента от расхода запасов:

tg

- определяется осадка носом и кормой:

 

T_H2=T_H1+δT₂+ ;

T_K2=T_K1+ δT₂- ;

- определяется дифферент:

 

T =T_H2-T_K2

 

Расчет, осадок T_H2 и T_K2необходимо также произвести по диаграмме изменение осадок и сравнить с рассчитанными выше.

- определяется осадка Т_К2 и Т_H2 с помощью графика изменения осадок оконечностей от приема 100 т груза:

T_H2=T_H1+0,01δT_H ; T_K2=T_K1+0,01δT_H

 

где: δТ_Н иδТ_К - определяют по графику изменения осадки носом и кормой при приеме 100 т. груза в точку с абсциссой, равной X₃.

 

Таблица 1.8

 

N п/п	Расчетные величины	Расчет
							50...
	sin
	l - из табл. 1.6
	K1 ·l
	K2sin
	11=К1 ·l-K2sin (4)-(5)

 

После расчета l₁ и l_d1 строятся диаграммы статической и динамической остойчивости и производится проверка остойчивости по правилам Регистра.

 

Кафедра

«Теория и устройство судна»

 

Методические указания

по выполнению курсовой работы

 

 

«Расчет посадки, остойчивости и общей

прочности судна в процессе эксплуатации»

 

 

Дисциплина: «Основы теории и устройства судна»

Специальность: 190170 «Технология транспортных процессов»

Разработали:

доцент,к.т.н. Самохвалов А.В.

 

 

Утверждено

на заседании кафедры ТУС

20.10.20004г. Пр.№ 2

 

 

Новороссийск-2004

Исходные данные.

При выполнении эксплуатационных расчетов по составлению грузового плана

и проверки остойчивости и общей прочности используются следующие исходные данные:

- судовая документация

- чертежи общего расположения судна

- грузовая шкала

- кривые элементов теоретического чертежа

- эпюра емкости или таблица объемов

- чертежи размещения грузов на судно

- интерполяционные кривые плеч остойчивости формы (Пантокарены)

- график изменения осадок оконечности от приема 100 тонн груза или диаграмма осадок носом и кормой

- характеристики судна

- главные размерения судна: L,B,T,D

- тип и мощность силовой установки: Ne

- плановая скорость судна в полном грузу: Vs

- численность экипажа: n э

- площадь парусности судна в полном грузу: Sn

- аппликата центра парусности: Zn

- характеристики заданного рейса;

- параметры посадки судна перед загрузкой: ,

- количество принимаемого груза

и его удельный погрузочный объем µ

- расстояние между портами S

- плотность морской воды в порту отправления ρ

- скорость судна: Vs;